KR102087407B1 - 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102087407B1
KR102087407B1 KR1020170068068A KR20170068068A KR102087407B1 KR 102087407 B1 KR102087407 B1 KR 102087407B1 KR 1020170068068 A KR1020170068068 A KR 1020170068068A KR 20170068068 A KR20170068068 A KR 20170068068A KR 102087407 B1 KR102087407 B1 KR 102087407B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
porous
oxide layer
anodic oxide
pores
aluminum
Prior art date
Application number
KR1020170068068A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180131278A (ko
Inventor
전찬봉
안병렬
한세충
Original Assignee
(주)아인스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)아인스 filed Critical (주)아인스
Priority to KR1020170068068A priority Critical patent/KR102087407B1/ko
Publication of KR20180131278A publication Critical patent/KR20180131278A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102087407B1 publication Critical patent/KR102087407B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/12—Anodising more than once, e.g. in different baths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材), 및 모재의 표면에 적층된 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재와, 이 알루미늄 부재의 제조 방법이 개시된다. 개시된 알루미늄 부재의 보호 피막은, 모재의 표면에 적층된 것으로, 다수의 기공(pore)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어지고 두께가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층, 및 다수의 기공의 내주면 및 다수의 기공 사이의 격벽에 적층된 것으로, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 구비한다. 무공질 양극 산화층에 의해 다수의 기공의 입구가 폐쇄되지 않는다.

Description

보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법{Aluminum member with protective film on its surface and method for fabricating the same}
본 발명은 알루미늄 표면의 내식성(耐蝕性)이 향상되도록, 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체칩 등을 제조하기 위한 증착 공정에는 증착 챔버(chamber)가 사용된다. 상기 증착 챔버 내에는 증착 물질을 분사하는데 사용되는 디퓨져(diffuser), 샤워헤드(shower head), 상부 전극과 같은 알루미늄(Al) 재질의 부품이 구비된다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재는 표면의 내식성(耐蝕性)을 개선하기 위하여 표면에 양극산화 피막을 적층 형성한다. 통상적인 방법은 산성 전해액 내에서 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 하여 전기분해를 진행하는 다공성(多孔性) 아노다이징(anodizing)으로서, 이를 통해 알루미늄 소재의 표면에 형성되는 양극산화 피막은 다수의 미세한 기공(pore)이 형성되며, 상기 다수의 미세한 기공을 폐쇄하기 위하여 수화 봉공 처리가 부가될 수 있다.
상기 다공성 아노다이징 처리 후 수화 봉공 처리를 통해 형성된 양극산화 피막을 구비한 알루미늄 소재로 이루어진 부품은 상기 증착 챔버 내부에서 고진공 또는 고온의 가혹한 증착 환경에 노출된다. 증착 챔버 내의 250 내지 500℃의 고온 증착 환경에서 상기 알루미늄 부품의 양극 산화 피막에 크랙(crack)이 발생하고, 이로 인해 증착 챔버 내에 불순물 파티클이 증대된다.
이를 방지하기 위하여, 다공성 아노다이징 처리 후, 수화 봉공 처리를 하지 않은 알루미늄 부품을 적용할 수도 있으나, 이 경우에는 알루미늄 부재 표면의 다수의 미세 기공으로 인해 반응성이 커져 증착율에 악영향을 미치고, 증착 과정에서 증착된 막의 성능이 저하될 수 있다.
한편, 표면에 양극산화 피막을 구비하지 않는, 소위 베어 알루미늄(bare aluminum) 소재로 이루어진 부품을 증착 챔버 내부에서 사용할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 주기적으로 삼불화질소(NF3) 및 사불화질소(CF4)를 사용하여 증착 챔버를 세척하는 과정에서 베어 알루미늄 부품의 표면에 불화알루미늄(AlFN)이 생성된다. 상기 불화알루미늄(AlFN)은 추후의 증착 과정에서 상기 베어 알루미늄 부품의 표면에서 떨어져 나가 증착 챔버 내의 불순물 파티클(particle)을 증가시키고, 증착 품질을 저하시킨다. 따라서, 상기 베어 알루미늄 부품의 교체 주기가 짧아져 증착 작업의 비용이 증대된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0077949호
본 발명은, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상을 억제하는 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재, 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材), 및 상기 모재의 표면에 적층된 보호 피막을 구비한 것으로, 상기 보호 피막은, 상기 모재의 표면에 적층된 것으로, 다수의 기공(pore)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어지고 두께가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층, 및 상기 다수의 기공의 내주면 및 상기 다수의 기공 사이의 격벽에 적층된 것으로, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 구비하고, 상기 무공질 양극 산화층에 의해 상기 다수의 기공의 입구가 폐쇄되지 않은, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제공한다.
상기 다공질 양극 산화층에는 알루미늄(Al)과 산(acid)이 반응하여 형성된 염(鹽)과 수분(H2O)이 결합된 수화물이 포함되지 않을 수 있다.
또한 본 발명은, 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제조하는 방법으로서, 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材)의 표면에, 다수의 기공(pore)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어지고 두께가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층을 적층하는 다공질 양극 산화층 적층 단계, 상기 다수의 기공의 내경(inner diameter)이 확장되도록 상기 다공질 양극 산화층을 식각하는 다공질 양극 산화층 식각 단계, 및 상기 내경이 확장된 다수의 기공의 내주면 및 상기 다수의 기공 사이의 격벽에, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 적층하는 무공질 양극 산화층 적층 단계를 구비하고, 상기 무공질 양극 산화층에 의해 상기 다수의 기공의 입구가 폐쇄되지 않을 수 있다.
상기 다공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 모재를 산성 전해액(acidic electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 산성 전해액 전기 분해 단계를 구비하고, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 다공질 양극 산화층이 적층된 모재를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비할 수 있다.
상기 산성 전해액은 황산(H2SO4) 수용액이며, 상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서, 상기 모재의 알루미늄(Al)과 상기 황산이 반응하여 형성된 염(Al2(SO4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(SO4)3·nH2O, n은 자연수)이 상기 다수의 기공의 내주면에 적층되고, 상기 다공질 양극 산화층 식각 단계에서 상기 수화물(Al2(SO4)3·nH2O)이 상기 다공질 양극 산화층에서 제거될 수 있다.
상기 산성 전해액은 수산(H2C2O4) 수용액이며, 상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서, 상기 모재의 알루미늄(Al)과 상기 수산이 반응하여 형성된 염(Al2(C2O4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O, n은 자연수)이 상기 다수의 기공의 내주면에 적층되고, 상기 다공질 양극 산화층 식각 단계에서 상기 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O)이 상기 다공질 양극 산화층에서 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법은, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 다공질 양극 산화층 및 상기 무공질 양극 산화층이 적층된 모재를 열처리하는 열처리 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 다공질 양극 산화층 식각 단계는, 상기 다공질 양극 산화층에 에칭액(etching agent)으로 인산(H3PO4) 수용액을 투입할 수 있다.
상기 다공질 양극 산화층 식각 단계는, 상기 인산 수용액을 3 내지 20 wt% 농도 및 50 내지 100℃ 온도 조건으로 1 내지 10분 동안 상기 다공질 양극 산화층에 투입하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 알루미늄 부재는, 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어진 다공질 양극 산화층, 및 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어진 무공질 양극 산화층을 구비한 보호 피막을 구비한다. 무공질 양극 산화층은 소위, 배리어 타입(barrier type) 양극 산화층으로서 상기 다공질 양극 산화층보다 두께가 얇고 조직이 치밀한데, 상기 무공질 양극 산화층이 상기 다공질 양극 산화층을 감싸며 적층되어 있어서, 실질적으로 조직이 치밀한 무공질 양극 산화층이 두껍게 적층된 것과 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 억제된다.
특히, 증착 챔버 내에 설치되는 디퓨져, 샤워헤드 등과 같이 내경이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(hole)을 갖는 알루미늄 부재의 경우에도, 상기 홀의 내주면에도 다공질 양극 산화층과 무공질 양극 산화층이 2층으로 함께 적층되므로 가혹한 작업 환경에서 상기 홀 내주면 측의 표면 손상이 억제된다. 또한, 오랜 기간 사용한 후에 알루미늄 부재의 표면의 손상된 피막을 벗겨내고 보호 피막을 다시 적층하여 사용하는 리사이클링(recycling) 작업을 하는 경우에도 상기 홀의 내경이 과도하게 확장되지 않으므로, 리사이클링 작업 가능 회수가 증대되어 자원이 절약되고, 내구성이 향상된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 알루미늄 부재는, 다공질 양극 산화층이 식각되면서 다공질 양극 산화층에서 염과 수분이 결합된 수화물이 제거되어 보호 피막의 함수율이 낮아진다. 따라서, 상기 알루미늄 부재가 증착 챔버 내에서 사용되더라도, 알루미늄 부재 표면의 크랙(crack) 발생과, 이로 인한 증착 챔버 내의 파티클(particle) 발생이 억제되고, 증착 챔버 내의 작업에 의해 형성된 막의 재질이 개선된다.
또한, 무공질 양극 산화층이 적층된 후에 열처리가 추가되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재는, 상기 무공질 양극 산화층에 함유된 수분이 제거되고 재질의 밀도가 증가하므로 무공질 양극 산화층의 내식성이 더욱 향상되고, 특히 진공 챔버 내에서와 같은 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 더욱 억제된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 본 발명의 알루미늄 부재 제조 방법은, 모재 준비 단계(S10), 다공질 양극 산화층 적층 단계(S20), 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30), 및 무공질 양극 산화층 적층 단계(S40)를 구비한다. 도 1을 참조하면, 모재 준비 단계(S10)는 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)로 이루어진 모재(11)를 준비하는 단계이다.
상기 알루미늄 합금은 알루미늄(Al)을 주재료로 포함하고, 소량의 다른 물질이 포함된 금속으로서, 상기 소량의 다른 물질은 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중에서 적어도 한 종류의 물질일 수 있다. 알루미늄 합금은 100% 조성의 순수 알루미늄에 비해 예컨대, 강도(strength) 등의 물리적 성질이 우수하므로, 증착 챔버 내의 가혹한 환경에서 사용하기에 보다 적합하다. 상기 모재(11)는 표면에 산화알루미늄(Al2O3) 피막이 형성되지 않은 베어(bare) 상태의 금속이다.
모재 준비 단계(S10)는 구체적으로, 알루미늄 합금으로 이루어진 판재나 덩어리(ingot)를 기계 가공하여 특정 알루미늄 부재의 형상으로 가공하는 형상 가공 단계와, 상기 형상 가공된 모재를 열처리하는 열처리 단계와, 상기 모재의 표면을 세정제를 이용하여 화학적으로 세정하는 화학 세정 단계와, 상기 모재의 표면을 연마하는 연마 단계를 포함할 수 있다. 상기 형상 가공 단계는, 상기 모재(11)를 두께 방향으로 관통하며, 내경(HD)이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(hole)(15)을 형성하는 단계를 구비한다. 상기 복수의 홀(15)을 구비한 알루미늄 부재(10)(도 3 참조)는 예컨대, 증착 챔버 내의 디퓨져(diffuser), 샤워헤드(shower head)일 수 있다. 상기 화학 세정 단계와 연마 단계는, 표면에 산화알루미늄(Al2O3)으로 된 피막이 적층되지 않은 베어(bare) 상태의 모재(11)를 형성하기 위한 방법의 일 예이다.
도 2를 참조하면, 다공질 양극 산화층 적층 단계(S20)는 상기 베어 알루미늄 합금으로 이루어진 모재(11)의 표면에, 다수의 기공(pore)(26)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지고 두께(OT1)가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층(20)을 적층하는 단계이다. 다공질 양극 산화층 적층 단계(S20)는 상기 모재(11)를 산성 전해액(acidic electrolyte)에 침잠시키고, 모재(11)를 양극 전극(anode)으로 하여 전기 분해하는 산성 전해액 전기 분해 단계를 구비한다. 상기 다공질 양극 산화층(20)은 내경(HD)이 0.1 내지 1mm 인 모재(11)의 홀(15) 내주면에도 형성된다.
상기 산성 전해액 전기 분해 단계에 앞선 전처리 단계로서, 탈지 단계, 세정 단계, 및 중화 단계를 구비할 수 있다. 상기 탈지 단계는 모재(11)의 표면에서 유분을 제거하는 단계이고, 상기 세정 단계는 산 또는 염기성 수용액에 침잠시켜 모재(11) 표면에서 산화알루미늄 및 이물질을 제거하는 단계이며, 중화 단계는 상기 세정 단계을 통해 모재(11) 표면에 잔존하는 산 또는 염기를 중화하는 단계이다.
상기 산성 전해액은 예컨대, 황산(H2SO4) 수용액 또는 수산(H2C2O4) 수용액일 수 있다. 상기 산성 전해액 전기 분해 단계는 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT1)가 1 내지 7㎛ 로 성장할 때까지 지속된다. 전기 분해 시간이 오래될수록 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT1)가 두꺼워지지만, 조직이 약해져 부스러지기 쉬운 상태가 되며, 균질한 다공질 양극 산화층(20)이 형성되지 않기 때문에 상기 산성 전해액 전기 분해 단계를 너무 오래 지속하는 것은 바람직하지 않다.
다수의 기공(26)은 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT1) 방향으로 연장되며, 서로 이격되게 배치된다. 상기 다수의 기공(26)의 입구는 다공질 양극 산화층(20)의 표면에 마련된다. 상기 기공(26)의 내경(PD1)은 대략, 30 내지 50nm 일 수 있다. 기공(26)은 다공질 양극 산화층(20)을 넘어 모재(11)로 연장되지 않으므로, 기공(26)의 깊이는 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT1)보다 작다. 다공질 양극 산화층(20)에서 서로 이웃한 한 쌍의 기공(26) 사이의 격벽의 두께(WT1)는 대략, 80 내지 110nm 일 수 있다. 다만, 상기한 PD1 및 WT1은 일 예시에 불과하다.
상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서 알루미늄(Al) 성분과 산성 전해액이 반응하여 염(salt)이 생성되고, 상기 염과 전해액의 수분(H2O)이 반응하여 형성된 수화물(22)이 상기 기공(26)의 내주면과 상기 기공(26) 사이의 격벽에 적층된다. 예를 들어, 상기 산성 전해액이 황산(H2SO4) 수용액인 경우에는, 상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서 알루미늄과 상기 황산이 반응하여 형성된 염(Al2(SO4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(SO4)3·nH2O, n은 자연수)이 다수의 기공(26)의 내주면과, 인접한 기공(26) 사이의 격벽에 적층된다. 다른 예로서, 상기 산성 전해액이 수산(H2C2O4) 수용액인 경우에는, 상시 산성 전해액 전기 분해 단계에서 알루미늄과 상기 수산이 반응하여 형성된 염(Al2(C2O4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O, n은 자연수)이 다수의 기공(26)의 내주면과, 인접한 기공(26) 사이의 격벽에 적층된다.
도 3을 참조하면, 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30)는 다수의 기공(26)의 내경(PD2)이 확장되도록 다공질 양극 산화층(20)을 식각하는 단계이다. 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30)는 다공질 양극 산화층(20)에 에칭액(etching agent)를 투입하는 단계를 구비한다. 도 2와 도 3의 기공(26), 및 인접한 기공(26) 사이의 격벽을 비교하여 보면, S30 단계를 통하여 기공(26)의 내경은 PD1에서 PD2로 커지고, 인접한 기공(26) 사이의 격벽의 두께는 WT1에서 WT2로 얇아진다. 상기 에칭액은 모재(11)에 형성된 내경(HD)이 0.1 내지 1mm 인 홀(15)에도 유입되므로, 상기 홀(15)의 내주면에서도 다공질 양극 산화층(20)의 식각이 진행된다.
예를 들면, S30 단계 후에 상기 기공(26)의 내경(PD2)은 70 내지 90nm 가 되고, 상기 격벽의 두께(WT2)는 대략 40 내지 70nm 가 된다. 에칭액은 기공(26)을 등방성(isotropy)으로 식각하므로, 상기 격벽의 말단, 즉 다공질 양극 산화층(20)의 표면이 식각되는 속도와 기공(26)의 바닥이 식각되는 속도가 거의 대등하다. 즉, 상기 격벽의 말단이 식각되는 만큼 상기 기공(26)의 바닥면도 식각되므로, S30 단계 전후의 기공(26)의 깊이는 변화 없이 거의 일정하다. S30 단계에서 상기 격벽의 말단이 식각되므로 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT2)는 S30 단계 전의 두께(OT1)보다 약간 감소한다.
상기 에칭액은 인산(H3PO4) 수용액일 수 있다. 구체적인 예로서, 3 내지 20 wt% 농도 및 50 내지 100℃ 온도 조건의 인산 수용액을 1 내지 10분 동안 상기 다공질 양극 산화층(20)에 투입하여 다수의 기공(26)의 내경(PD2)이 확장되도록 다공질 양극 산화층(20)을 식각할 수 있다. 부연하면, 상기 인산 수용액에 다공질 양극 산화층(20)이 형성된 모재(11)를 침잠시켜 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30)를 수행할 수 있다.
다공질 양극 산화층 식각 단계(S30)에서 상기 에칭액에 의해 다수의 기공(26)의 내주면에 적층되었던 수화물(22)(도 2 참조)이 식각되어 다공질 양극 산화층(20)에서 제거되고, 다공질 양극 산화층(20)을 구성하는 산화알루미늄(Al2O3)이 기공(26)의 내주면에 노출된다. 다공질 양극 산화 단계(S20)에서 이미 설명한 바와 같이, 상기 제거되는 수화물(22)은 예컨대, 알루미늄과 황산이 반응하여 형성된 염(Al2(SO4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(SO4)3·nH2O, n은 자연수), 또는 알루미늄과 수산이 반응하여 형성된 염(Al2(C2O4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O, n은 자연수)일 수 있다.
도 4를 참조하면, 무공질 양극 산화층 적층 단계(S40)는 상기 내경(PD2)(도 3 참조)이 확장된 다수의 기공(26)의 내주면 및 상기 다수의 기공(26) 사이의 격벽에, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께(AT)가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층(30)을 적층하는 단계이다. 무공질 양극 산화층 적층 단계(S40)는, 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비하며, 상기 중성 전해액 전기 분해 단계에 앞선 전처리 단계로서, 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30)를 통해 다공질 양극 산화층(20) 표면에 잔존하는 에칭액을 중화하는 중화 단계를 더 구비할 수도 있다.
상기 중성 전해액 전기 분해 단계는, 상기 다공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재(11)를 양극 전극(anode)으로 하여 전기 분해를 진행하는 단계이다. 상기 중성 전해액은 예컨대, 붕산(boric acid), 붕산염(borate), 인산염(phosphate), 아디프산염(adipate)과 같은 중성 전해질의 수용액이다. 상기 중성 전해액에는 복수 종류의 중성 전해질이 포함될 수도 있다.
전기 분해의 구체적인 조건을 예를 들면, 중성 전해액에 포함된 중성 전해질의 농도는 1 내지 200g/l 일 수 있다. 중성 전해액의 온도는 50 내지 90℃ 일 수 있다. 양극 전극과 음극 전극 간 전압은 직류 30 내지 50V 일 수 있다 .전기 분해 시간은 무공질 양극 산화층(30)의 두께(AT)에 따라 달라지며, 짧게는 1분 이내, 길게는 30분 이내일 수 있다.
상기 중성 전해액 전기 분해는 배리어 타입 아노다이징(barrier type anodizing)이라 불리기도 한다. 상기 중성 전해액 전기 분해를 통해 형성된 무공질 양극 산화층(30)은 표면에 기공이 형성되지 않고, 두께(AT)가 수십 내지 수백 나노미터(nm)로서 얇으며, 다공질 양극 산화층(20)보다 조직이 치밀하여, 상기 다공질 양극 산화층(20)보다 가혹한 환경에 견디는 내식성이 우수하다. 상기 중성 전해액은 모재(11)에 형성된 내경(HD)이 0.1 내지 1mm 인 홀(15)에 유입되므로, 상기 무공질 양극 산화층(30)도 상기 홀(15)의 내주면에 적층된다.
도 3과 도 4를 비교하면, 다수의 기공(26)의 내주면 및 다수의 기공(26) 사이의 격벽에 무공질 양극 산화층(30)이 적층되므로, 상기 기공(26)의 내경(PD3)은 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30) 후의 기공(26)의 내경(PD2)보다 작아지고, 상기 격벽의 두께(WT3)는 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30) 후의 격벽의 두께(WT2)보다 두꺼워진다. 또한, 다공질 양극 산화층(20)의 표면에 무공질 양극 산화층(30)이 적층되므로, 전체 양극 산화층의 두께(OT3)는 다공질 양극 산화층 식각 단계(S30) 후의 다공질 양극 산화층(20)의 두께(OT2)(도 3 참조)보다 두꺼워진다.
본 발명의 알루미늄 부재 제조 방법은, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계(S40) 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 다공질 양극 산화층(20) 및 상기 무공질 양극 산화층(30)이 적층된 모재(11)를 열처리하는 열처리 단계를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공질 양극 산화층(20) 및 무공질 양극 산화층(30)이 적층된 모재(11)를 200 내지 500℃ 온도에서 방치하여 열처리할 수 있다. 열처리 시간은 온도가 높을수록 짧아질 수 있다. 열처리 단계의 다른 예로서, 상기 다공질 양극 산화층(20) 및 상기 무공질 양극 산화층(30)이 적층된 모재(11)를 500℃ 보다 높은 고온에서 30초 이내의 시간 동안 방치하는 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 적용할 수 있다. 500℃ 보다 높은 고온으로 열처리하는 경우에 상기 모재(11)를 고온에서 너무 오랜 시간 방치하면 베어 알루미늄 합금으로 이루어진 모재(11)에 변형이 올 수도 있으므로, 이를 예방하기 위하여 짧은 시간 동안만 열처리하게 된다. 상기 열처리 단계를 통하여 무공질 양극 산화층(30)에 함유된 수분이 제거되고 재질의 밀도가 증가하므로, 무공질 양극 산화층(30)의 내식성이 더욱 향상된다.
도 4에 도시된 본 발명의 알루미늄 부재(10)는 모재(11)가 알루미늄 합금으로 이루어져 순수 알루미늄으로 이루어진 모재(11)보다 가혹한 환경 내에서 내구성이 우수하다. 또한, 상기 알루미늄 부재(10)는, 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어진 다공질 양극 산화층(20), 및 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어진 무공질 양극 산화층(30)을 구비한 보호 피막을 구비한다. 무공질 양극 산화층(30)은 다공질 양극 산화층(20)보다 두께가 얇고 조직이 치밀한데, 상기 무공질 양극 산화층(30)이 상기 다공질 양극 산화층(20)을 감싸며 적층되어 있어서, 실질적으로 조직이 치밀한 무공질 양극 산화층(30)이 다공질 양극 산화층(20)처럼 두껍게 적층된 것과 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재(10)의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 억제된다.
특히, 증착 챔버 내에 설치되는 디퓨져, 샤워헤드 등과 같이 알루미늄 부재(10)에 내경(HD)이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(15)이 형성된 경우에, 상기 홀(15)의 내주면에도 다공질 양극 산화층(20)과 무공질 양극 산화층(30)이 2층으로 함께 적층되므로 가혹한 작업 환경에서 상기 홀(15) 내주면 측의 표면 손상이 억제된다. 또한, 오랜 기간 사용한 후에 알루미늄 부재(10)의 표면의 손상된 피막을 벗겨내고 보호 피막을 다시 적층하여 사용하는 리사이클링(recycling) 작업을 하는 경우에도 상기 홀(15)의 내경이 과도하게 확장되지 않으므로, 리사이클링 작업 가능 회수가 증대되어 자원이 절약되고, 내구성이 향상된다.
상기 알루미늄 부재(10)는, 다공질 양극 산화층(20)이 식각되면서 다공질 양극 산화층(20)에서 염과 수분이 결합된 수화물(22)(도 2 참조)이 제거되어 보호 피막의 함수율이 낮아진다. 따라서, 상기 알루미늄 부재(10)가 증착 챔버 내에서 사용되더라도, 알루미늄 부재 표면의 크랙(crack) 발생과, 이로 인한 증착 챔버 내의 파티클(particle) 발생이 억제되고, 증착 챔버 내의 작업에 의해 형성된 막의 재질이 개선된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 알루미늄 부재 11: 모재
20: 다공질 양극 산화층 22: 염 수화물
26: 기공 30: 무공질 양극 산화층

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材), 및 상기 모재의 표면에 적층된 보호 피막을 구비한 것으로,
    상기 보호 피막은, 상기 모재의 표면에 적층된 것으로, 다수의 기공(pore)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어지고 두께가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층; 및,
    상기 다공질 양극 산화층의 모재의 표면과 만나는 면과 반대면인 다수의 기공의 내주면 및 상기 다수의 기공 사이의 격벽에 적층된 것으로, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층;을 구비하고,
    상기 무공질 양극 산화층에 의해 상기 다수의 기공의 입구가 폐쇄되지 않고,
    상기 다공질 양극 산화층에는 알루미늄(Al)과 산(acid)이 반응하여 형성된 염(鹽)과 수분(H2O)이 결합된 수화물이 포함되지 않은 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재.
  3. 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제조하는 방법으로서,
    베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材)의 표면에, 다수의 기공(pore)이 형성된 다공질(多孔質) 산화알루미늄으로 이루어지고 두께가 1 내지 7㎛ 인 다공질 양극 산화층을 적층하는 다공질 양극 산화층 적층 단계;
    상기 다수의 기공의 내경(inner diameter)이 확장되도록 상기 다공질 양극 산화층을 식각하는 다공질 양극 산화층 식각 단계; 및,
    상기 다공질 양극 산화층의 모재의 표면과 만나는 면과 반대면인 상기 내경이 확장된 다수의 기공의 내주면 및 상기 다수의 기공 사이의 격벽에, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 적층하는 무공질 양극 산화층 적층 단계;를 구비하고,
    상기 무공질 양극 산화층에 의해 상기 다수의 기공의 입구가 폐쇄되지 않는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 다공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 모재를 산성 전해액(acidic electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 산성 전해액 전기 분해 단계를 구비하고,
    상기 무공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 다공질 양극 산화층이 적층된 모재를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 산성 전해액은 황산(H2SO4) 수용액이며,
    상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서, 상기 모재의 알루미늄(Al)과 상기 황산이 반응하여 형성된 염(Al2(SO4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(SO4)3·nH2O, n은 자연수)이 상기 다수의 기공의 내주면에 적층되고,
    상기 다공질 양극 산화층 식각 단계에서 상기 수화물(Al2(SO4)3·nH2O)이 상기 다공질 양극 산화층에서 제거되는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 산성 전해액은 수산(H2C2O4) 수용액이며,
    상기 산성 전해액 전기 분해 단계에서, 상기 모재의 알루미늄(Al)과 상기 수산이 반응하여 형성된 염(Al2(C2O4)3)과 수분(H2O)이 결합된 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O, n은 자연수)이 상기 다수의 기공의 내주면에 적층되고,
    상기 다공질 양극 산화층 식각 단계에서 상기 수화물(Al2(C2O4)3·nH2O)이 상기 다공질 양극 산화층에서 제거되는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 무공질 양극 산화층 적층 단계 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 다공질 양극 산화층 및 상기 무공질 양극 산화층이 적층된 모재를 열처리하는 열처리 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 다공질 양극 산화층 식각 단계는, 상기 다공질 양극 산화층에 에칭액(etching agent)으로 인산(H3PO4) 수용액을 투입하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 다공질 양극 산화층 식각 단계는, 상기 인산 수용액을 3 내지 20 wt% 농도 및 50 내지 100℃ 온도 조건으로 1 내지 10분 동안 상기 다공질 양극 산화층에 투입하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
KR1020170068068A 2017-05-31 2017-05-31 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법 KR102087407B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170068068A KR102087407B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170068068A KR102087407B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180131278A KR20180131278A (ko) 2018-12-10
KR102087407B1 true KR102087407B1 (ko) 2020-03-10

Family

ID=64670503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170068068A KR102087407B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102087407B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223073A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Osaka Industrial Promotion Organization 多孔質ナノ構造体及びその製造方法
JP2010059450A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Mitsubishi Alum Co Ltd 真空機器用アルミニウム材料およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100482862B1 (ko) * 1994-11-16 2005-04-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 진공챔버 부재의 표면처리방법
US7048814B2 (en) 2002-02-08 2006-05-23 Applied Materials, Inc. Halogen-resistant, anodized aluminum for use in semiconductor processing apparatus
KR101235350B1 (ko) * 2010-08-11 2013-02-20 (주)제이스 금속 모재의 표면 처리 방법
KR102464817B1 (ko) * 2016-03-31 2022-11-09 에이비엠 주식회사 금속부품 및 그 제조 방법 및 금속부품을 구비한 공정챔버

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223073A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Osaka Industrial Promotion Organization 多孔質ナノ構造体及びその製造方法
JP2010059450A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Mitsubishi Alum Co Ltd 真空機器用アルミニウム材料およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180131278A (ko) 2018-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6776873B1 (en) Yttrium oxide based surface coating for semiconductor IC processing vacuum chambers
KR100935964B1 (ko) 알루미늄 또는 알루미늄합금의 내식처리방법
US20090317656A1 (en) Aluminum alloy article with micro-arc oxide for film and method for making the same
KR102059692B1 (ko) 알루미늄 플라즈마 챔버 부분들의 세정 방법
US8778163B2 (en) Protection of magnesium alloys by aluminum plating from ionic liquids
KR20040108772A (ko) 반도체 처리 장치에서 사용하기 위한 할로겐-저항양극산화 알루미늄
CN102691080A (zh) 铝制品及其制备方法
JP5995144B2 (ja) アルミニウム系部材の修復方法、修復処理液、アルミニウム系材料およびその製造方法
KR102087407B1 (ko) 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법
US6242111B1 (en) Anodized aluminum susceptor for forming integrated circuit structures and method of making anodized aluminum susceptor
JP3917966B2 (ja) 真空装置及びその部品に使用されるアルミニウム又はアルミニウム合金の表面処理方法、真空装置及びその部品
JP7298889B2 (ja) 複合化クロムめっき物品
JPH09184094A (ja) 表面処理アルミニウム材及びその製造方法
KR20180087457A (ko) 반도체 프로세스 장비를 위한 내부식성 코팅
JPH0525694A (ja) 真空機器用アルミニウム又はアルミニウム合金材の製造法
KR102235862B1 (ko) 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법
KR100783006B1 (ko) 동 도금된 마그네슘합금 및 그 형성방법
KR100489640B1 (ko) 양극산화처리용 전해질 용액 및 이를 이용하는 마그네슘합금의 내부식 코팅 방법
KR101791506B1 (ko) 내균열성 양극 산화 피막 형성 방법
JP5352204B2 (ja) 真空機器用表面処理アルミニウム材
KR20180131279A (ko) 알루미늄 부재의 재사용 방법
KR20210014008A (ko) 무공질 양극산화 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법
KR20210014007A (ko) 스퍼터링 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법
KR102174256B1 (ko) 알루미늄 소재의 차량용 루프랙 및 그 표면처리방법
KR20180131280A (ko) 알루미늄 합금의 디스머트 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant